技術領域

本發明屬于交通運輸業橋涵工程領域，具體地講涉及一種基于ANSYS平臺的斜拉橋成橋初始索力確定方法。

背景技術

大跨徑密索型的斜拉橋是一種高次超靜定體系，結構幾何非線性效應顯著，且拉索數量眾多。在其極限承載力分析中，首先需要提供一組初始索力，使得在成橋恒載作用下索力與設計索力或者實測索力相一致，而確定這一組初始索力整個過程十分繁瑣，有時甚至無法收斂。目前現有的生死單元法是利用單元的生死特性，直接用一對集中力施加到斜拉索兩端的節點上，無法考慮結構幾何非線性引起的拉索兩端節點的變位，也無法考慮拉索的垂度效應，導致計算所得成橋索力和設計索力之間存在較大的誤差。而根據設計索力直接通過設置索的初應變或者溫度荷載施加索力的方法也具有一定的局限性，因為索力是在結構未變形基礎上施加的，在恒載作用下結構變形必然會導致索力發生變化。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：為克服現有技術的缺陷，提供一種基于ANSYS平臺的斜拉橋成橋初始索力確定方法，該方法具有調索時間短和精度高的優勢。

本發明解決其技術問題采用的技術方案，是以設計索力作為目標值，考慮幾何非線性效應，在恒載作用下反復迭代求解和修正拉索初應變，具體是：先假定任一組初始索力以初應變的形式加到斜拉索上，加上恒載并計算，通過*do-loop命令語言，提取計算所得斜拉索索力并檢查該索力與目標成橋索力的誤差是否在允許的范圍內，若誤差過大，通過差值法修改斜拉索初應變，再重新計算直至誤差在允許的范圍內，最后一次計算所用的一組斜拉索初應變乘以斜拉索考慮垂度效應修正后的彈性模量即為所要找一組斜拉索初始索力，該組斜拉索初始索力即為所述斜拉橋初始成橋初始索力。

本發明與現有技術相比具有以下的主要優點：

其一.?不僅具有收斂速度快和計算誤差小，同時考慮了結構的幾何非線性效應。

其二.?與生死單元方法相比，大大了提高了斜拉橋成橋索力的求解精度和效率，使得本方法具有較大的實際工程應用價值。

其三.?在此前的斜拉橋成橋初始索力計算中，由于是在結構未變形的基礎上施加的，直接施加索的張力，導致計算誤差大，收斂慢，且不能反映斜拉索的幾何非線性效應。

應用本方法計算成橋初始索力，不僅準確、簡便，而且速度快。當本方法迭代計算次數為5次時，和設計索力值相差不超過5%，迭代20次時，和設計索力值相差不超過4%。

附圖說明

圖1是本發明成橋初始索力計算流程示意圖。

圖2是武漢某三塔結合梁斜拉橋立面圖，圖中所示尺寸單位為cm。

具體實施方式

本發明提供一種基于ANSYS平臺的斜拉橋成橋初始索力確定方法，該方法以設計索力作為目標值，考慮幾何非線性效應，在恒載作用下反復迭代求解和修正拉索初應變，該方法具體是：先假定任一組初始索力以初應變的形式加到斜拉索上，加上恒載（一期恒載與二期恒載）并計算，提取計算所得斜拉索索力并檢查該索力與目標成橋索力的誤差是否在允許的范圍內，若誤差過大，通過差值法修改斜拉索初應變，再重新計算直至誤差在允許的范圍內，最后一次計算所用的一組斜拉索初應變乘以斜拉索考慮垂度效應修正后的彈性模量即為所要找一組斜拉索初始索力。

下面結合實施例和附圖對本發明做進一步詳細說明。

本發明主要針對地是提供斜拉橋整橋的索力調整方法，并且選擇相應的二次開發技術對ANSYS進行二次開發。

本發明在二次開發過程中，主要利用ANSYS提供的參數化設計語言APDL，使得本發明提供的方法在ANSYS中實現。由于ANSYS不能直接輸入初始索力，因此，初始索力按照考慮垂度效應Ernst修正彈性模量求出相應初應變，以初應變的形式加到斜拉索上，同時考慮梁柱效應和大位移效應的影響。

本發明提供的方法包括下述步驟：

（1）輸入橋梁結構的基本參數，建立斜拉橋分析模型，該模型為有限元模型（ANSYS模型），定義荷載，加上邊界條件。

所述定義荷載是指施加斜拉橋的一期恒載和二期恒載。

所述邊界條件是指定義主梁、主塔以及各墩臺的約束方式。

（2）定義參數數組存儲，按照任意一組索力換算得出初應變{ε₀}。

實現此過程，需要事先假定任意一組斜拉索成橋索力{F}為初始索力{F0}，其中：

。

式中：F0為任意一組斜拉橋初始索力，E為拉索彈性模量，A為拉索截面面積。

（3）采用Newton?Raphson方法進行結構的平衡迭代。